This research investigates modification methods for controlling anisotropic wetting, using silicon nanostructures. This research studies structural and chemical approaches respectively and shows the possible applications of each. Finally the two methods are integrated and the study discusses the effect of the combination.
In the first part, anisotropic wetting characteristics of scalloped nanogrooves (SNGs) are investigated, which is a structural modification. The SNGs having various scallop edge angles are fabricated by Bosch deep reactive ion etching (DRIE). Wetting properties of the nanopatterned surfaces are studied in dynamic and stat-ic regimes. Anisotropic wettability of the SNGs is successfully utilized for controlling fluid flows in microflu-idic channels.
In the second part, chemical modification of silicon nanogrooves (NGs) for controlling anisotropic wetting is studied. By precise control of self-assembled monolayer (SAM) thickness, NGs with various thick-nesses of SAM is fabricated. Anisotropic wetting properties become different according to the SAM thick-ness. The NGs are used for the guidance of rat hippocampal neurons.
In the last section, the combination of structural modification and chemical modification is proved to make broad range of the anisotropy. This can be observed through the combination of SNGs and SAM thick-ness control. The combined structure is also used for the guidance of the neurons. As a result, the neurons tend to be more aligned on the combined structure.
본 연구는 실리콘 나노 구조를 이용하여 고체 표면의 비등방적인 습윤을 조절한다. 구체적으로, 비등방적 습윤 조절을 위한 구조적, 화학적 조절 방법을 각각 연구한다. 또한 그 두 가지 방법을 혼합하고, 그로 인한 효과를 분석한다.
첫 장에서는 구조적 조절요소 중 하나인 scallop 패턴이 존재하는 실리콘 나노 격자에 대해서 연구한다. Scallop 패턴이 있는 실리콘 나노 격자는 Bosch deep reactive ion etching (DRIE) 로 만들어진다. 제작된 구조의 습윤 특성은 정적 특성, 동적 특성으로 나누어져 분석된다. 해당 특성을 가진 나노 구조는, 그 특성을 바탕으로 하여 미세유체역학 소자로 이용될 수 있는 가능성을 보인다.
두 번째 장에서는 화학적 조절요소인 self-assembled monolayer (SAM)의 두께조절이 실리콘 나노 격자 위에서 이루어진다. SAM의 두께를 정밀하게 조절함으로써, 여러 SAM 두께를 가지는 실리콘 나노 격자가 만들어진다. 각각의 기판 위에서 비등방적 습윤 특성은 다르게 나타난다. 그 특성을 바탕으로 하여, 제작된 기판은 해마 뉴런 배열을 위한 구조체로서 쓰이게 된다.
마지막 장에서는 화학적 조절과 물리적 조절이 혼합된다. 즉, scallop 패턴이 있는 실리콘 나노 격자 위에 SAM을 정밀하게 코팅한다. 혼합된 방법으로 인해, 더 넓은 범위의 비등방성이 얻어진다. 제작된 기판은 뉴런 배열을 위한 구조체로서 응용되며, 이로써 혼합된 방법으로 제작된 실리콘 나노 격자의 잠재성을 증명할 수 있다.
